Ксенон

Внешний вид простого вещества
инертный газ без цвета, вкуса и запаха
Свойства атома Название, символ, номер

Ксено́н / Xenon (Xe), 54

Атомная масса
(молярная масса)

131,293(6) а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Kr] 4d10 5s2 5p6

Радиус атома

? (108)пм

Химические свойства Ковалентный радиус

140 пм

Радиус иона

190 пм

Электроотрицательность

2,6 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

0

Степени окисления

0, +1, +2, +4, +6, +8

Энергия ионизации
(первый электрон)

 1 170,0 (12,13) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.)

3,52 (при −107,05 °C); 0,005894 (при 0 °C) г/см³

Температура плавления

161,3 К (-111,85 °C)

Температура кипения

166,1 К (-107,05 °C)

Уд. теплота плавления

2,27 кДж/моль

Уд. теплота испарения

12,65 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

20,79 Дж/(K·моль)

Молярный объём

42,9 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки

кубическая
гранецентрированая

Параметры решётки

6,200 Å

Прочие характеристики Теплопроводность

(300 K) 0,0057 Вт/(м·К)

Номер CAS

7440-63-3

Эмиссионный спектр

54
Ксенон
Xe
131,29
4d105s25p6

Ксено́н — элемент 18-й группы (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VIII группы), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 54. Обозначается символом Xe (лат. Xenon). Простое вещество ксенон (CAS-номер: 7440-63-3) — благородный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

    История

    Открыт в 1898 году английскими учеными У. Рамзаем и М. Траверсом как небольшая примесь к криптону.

    Происхождение названия

    От греч. ξένος — чужой. Открыт в 1898 английскими исследователями Уильямом Рамзаем и Морисом Траверсом, которые подвергли медленному испарению жидкий воздух и спектроскопическим методом исследовали его наиболее труднолетучие фракции. Ксенон был обнаружен как примесь к криптону, с чем связано его название. Ксенон — весьма редкий элемент. При нормальных условиях 1000 м3 воздуха содержат около 87 см3 ксенона.

    Распространённость

    В Солнечной системе

    Ксенон относительно редок в атмосфере Солнца, на Земле, в составе астероидов и комет. Концентрация ксенона в атмосфере Марса аналогична земной: 0,08 миллионной доли, хотя содержание 129Xe на Марсе выше, чем на Земле или Солнце. Поскольку данный изотоп образуется в процессе радиоактивного распада, полученные данные могут свидетельствовать о потере Марсом первичной атмосферы, возможно, в течение первых 100 миллионов лет после формирования планеты. У Юпитера, напротив, необычно высокая концентрация ксенона в атмосфере — почти в два раза выше, чем у Солнца.

    Земная кора

    Ксенон находится в земной атмосфере в крайне незначительных количествах, 0,087±0,001 миллионной доли (μL/L), а также встречается в газах, испускаемых некоторыми . Некоторые радиоактивные изотопы ксенона, например, 133Xe и 135Xe, получаются как результат нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.

    Определение

    Качественно ксенон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии 467,13 нм и 462,43 нм). Количественно его определяют масс-спектрометрически, хроматографически, а также .

    Свойства

    Физические

    Гранецентрированная кубическая структура ксенона

    Температура плавления −112 °C, температура кипения −108 °C, свечение в разряде фиолетовым цветом.

    Заполненная ксеноном газоразрядная трубка

    Химические

    Первый инертный газ, для которого были получены настоящие химические соединения. Примерами соединений могут быть дифторид ксенона, тетрафторид ксенона, гексафторид ксенона, триоксид ксенона, ксеноновая кислота и другие.

    Первое соединение ксенона было получено Нилом Барлеттом реакцией ксенона с гексафторидом платины в 1962 г. В течение двух лет после этого события было получено уже несколько десятков соединений, в том числе фториды, которые являются исходными веществами для синтеза всех остальных производных ксенона.

    В настоящее время описаны фториды ксенона и их различные комплексы, оксиды, оксифториды ксенона, малоустойчивые ковалентные производные кислот, соединения со связями Xe-N, ксенонорганические соединения. Относительно недавно был получен комплекс на основе золота, в котором ксенон является лигандом. Существование ранее описанных относительно стабильных хлоридов ксенона не подтвердилось (позже были описаны эксимерные хлориды с ксеноном).

    Изотопы

    Для ксенона известны изотопы с массовыми числами от 110 до 147, и 12 ядерных изомеров. Из них стабильными являются изотопы с массовыми числами 124, 126, 128, 129, 130, 131, 132, 134, 136. Остальные изотопы радиоактивны, самые долгоживущие — 127Xe (период полураспада 36,345 суток) и 133Xe (5,2475 суток), период полураспада остальных изотопов не превышает 20 часов. Среди ядерных изомеров наиболее стабильны 131Xem с периодом полураспада 11,84 суток, 129Xem (8,88 суток) и 133Xem (2,19 суток).

    Изотоп ксенона с массовым числом 135 (период полураспада 9,14 часа) имеет максимальное сечение захвата тепловых нейтронов среди всех известных веществ — примерно 3 миллиона барн для энергии 0,069 эВ, его накопление в ядерных реакторах в результате цепочки β-распадов ядер и иода-135 приводит к эффекту так называемого ксеноном (см. также Иодная яма).

    Получение

    Ксенон получают как побочный продукт производства жидкого кислорода на металлургических предприятиях.

    В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха на кислород и азот. После такого разделения, которое обычно проводится методом ректификации, получившийся жидкий кислород содержит небольшие количества криптона и ксенона. Дальнейшая ректификация обогащает жидкий кислород до содержания 0,1—0,2 % криптоно-ксеноновой смеси, которая отделяется адсорбированием на силикагель или дистилляцией. В дальнейшем ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделён дистилляцией на криптон и ксенон, подробнее см. Криптон#Получение.

    Из-за своей малой распространенности ксенон гораздо дороже более легких инертных газов.

    Применение

    Ксеноновая лампа-вспышка
    Прототип ионного двигателя на ксеноне.

    Несмотря на высокую стоимость, ксенон незаменим в ряде случаев:

    • Ксенон используют для наполнения ламп накаливания, мощных газоразрядных и импульсных источников света (высокая атомная масса газа в колбах ламп препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания).
    • Радиоактивные изотопы (127Xe, 133Xe, 137Xe и др.) применяют в качестве источников излучения в радиографии и для диагностики в медицине, для обнаружения течи в вакуумных установках.
    • Фториды ксенона используют для пассивации металлов.
    • Ксенон как в чистом виде, так и с небольшой добавкой паров цезия-133, является высокоэффективным рабочим телом для электрореактивных (главным образом — ионных и плазменных) двигателей космических аппаратов.
    • В конце XX века был разработан метод применения ксенона в качестве средства для общего наркоза и обезболивания. Первые диссертации о технике ксенонового наркоза появились в России в 1993 г. В 1999 году ксенон был разрешён к медицинскому применению в качестве средства для общего ингаляционного наркоза.
    • В наши дни ксенон проходит апробацию в лечении зависимых состояний.
    • Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров.
    • Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителей ракетного топлива, а также в качестве компонентов газовых смесей для лазеров.
    • В изотопе 129Xe возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами — состояния, называемого гиперполяризацией.
    • Для транспортировки фтора, проявляющего сильные окисляющие свойства.

    Ксенон как допинг

    • В 2014 году WADA приравняла ингаляции ксенона к применению допинга.

    Биологическая роль

    • Газ ксенон безвреден, но способен вызвать наркоз (по физическому механизму), а в больших концентрациях (более 80 %) вызывает асфиксию.
    • Вследствие более высокой плотности ксенона, чем воздуха, заполнение ксеноном лёгких и выдыхание при разговоре приводит к значительному понижению тембра голоса (эффект, обратный эффекту гелия).
    • Фториды ксенона ядовиты, ПДК в воздухе — 0,05 мг/м³.

    Примечания

    Ссылки

    • Ксенон в Популярной библиотеке химических элементов


    0.048034